Ameliorating Effects of Sulfonylurea Drugs on Insulin Resistance in Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty Rats

Abstract

OLETF (Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty) rats from 20 weeks of age are characterized by obesity, hyperglycemia, hyperlipidemia and insulin resistance, which is phenotypes of type 2 diabetes. After 40 weeks type 1 diabetic symptoms follow, such as polyphasia, polydipsia, and polyurea. Sulfonylurea drugs, such as glimepiride and gliclazide, have been used as a therapeutic agent to treat type 2 diabetes in accordance with benzoic acid derivatives, such as repaglinide. They are all inhibitors of ATP-sensitive potassium (K_(ATP)) channels. There is a controversy whether they have insulin-independent ameliorating effects on insulin resistance. In the present study, three drugs were tested whether they affect parameters representing peripheral insulin sensitivity in OLETF rats. Glimepiride and gliclazide, but not repaglinide could reduce the weight gain. On high glucose loading, the glucose removal from blood was greater in group treated with glimepiride, whereas gliclazide- or repaglinide-treated group did not show any significant difference from OLETF control group. On immunohistochemistry analysis, in liver and adipocytes of OLETF control rats, the Kir6.2 subunit of K_(ATP)- channel was less expressed in the plasma membrane compared with LETO rats. The three drugs were all effective in liver, but repaglinide were without effect in adipocytes. Expression of insulin receptor β-subunit in liver and adipocytes also decreased in OLETF rats than in LETO rats. Gliclazide and glimepiride recovered them but not repaglinide. Glucose transporter type 2 (GLUT-2) was expressed less in liver of OLETF rats but recovered by treatment with one of the three drugs. Expression of GLUT-4 was also diminished in skeletal muscles and adipocytes in OLETF rats. Glimepiride or gliclazide recovered it, whereas repaglinide did not. From these results, sulfonylurea drugs may have ability to ameliorate insulin resistance and the effect is greater in glimepiride than in gliclazide. It seems to be plausible that sulfonyluera moiety may be involved in the exptrapancreatic effects of glimepiride and gliclazide. OLETF (Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty) 쥐는 생후 20주 이후에 제2형 당뇨병 소견을 보이며, 비만, 고혈당, 고지방혈증 및 인슐린 저항성을 특징으로 한다. 조직학적 측면에서 OLETF 쥐의 췌장 소도는 주령별로 3 단계로 나뉘어 지는데 1) 생후 6-20주까지의 초기에는 면역 세포들의 침윤 및 소도 세포들의 변성 시작, 2) 20주에서 40주 까지는 인슐린 저항성의 보상으로 보이는 소도세포들의 과증식 및 점진적 소도의 섬유화 소견, 3) 40주 이상에서는 말기 단계로 거의 모든 췌장 소도 세포들의 소멸과 췌장 소도 섬유화의 완성이 그것이다. 즉 20주에서 40주 사이는 계속적 체중 증가로 인한 인슐린 저항성이 특징적 소견인 제2형 당뇨병의 소견을 보이고, 40주 이후에는 인슐린 저항성과 함께 췌장 소도세포의 수적 감소에 따른 소견을 나타내며, 심한 다식증, 다뇨증, 및 각종 당뇨병성 부작용들이 나타나기 시작한다. 설폰산 요소계 약물들은 벤조익산 유도체 약물들과 더불어 현재 제2형 당뇨병의 치료제로 사용되고 있다. 잘 알려진 기전으로서는 ATP-민감성 칼륨 통로 (K_(ATP) channel)의 차단제로서 인슐린 분비를 포도당 농도에 관계없이 증가시킨다. 그들 약제의 장기적인 복용에 있어 계속적인 인슐린 분비자극으로 인한 베타세포 탈진현상이 나타날 수 있으며, 그 외 약제 저항성이 보고되거나 반대로 인슐린 저항성까지도 개선한다고 하나 그 기전에 있어 구체적으로 밝혀진 바는 없다. 이에 본 실험에서는 현재 약제 시장에서 유통되고 있는 대표적인 세가지의 약제들을 대상으로 OLETF 쥐의 인슐린 저항성 지표들에 그들 약제가 미치는 영향을 면역형광법으로 관찰하였다. OLETF 쥐를 4군으로 나누고, 대조군, gliclazide 군(sulfonylurea moiety; 16.1 mg/500 mL), glimepiride 군(sulfonylurea + benzoic acid moiety; 16.24 mg/500 mL) 및 repaglinide (carbamoylbenzoic acid moiety; 17.94 mg/500 mL) 군으로 나누었으며, OLETF 쥐의 대조군으로는 LETO 쥐를 대상으로 하였다. K_(ATP) channel의 아단위인 Kir6.2의 세포막 발현은 OLETF 쥐에서 LETO쥐에 비해 간세포와 지방세포에서 현저히 낮았다. 간세포에서는 세 약물 모두에서 회복되었으나, 지방세포에서는 gliclazide와 glimepiride에 의해서만 발현정도가 회복되었다. 인슐린 수용체 아단위인 insulin receptor β-subunit의 발현은 LETO 쥐에 비해 OLETF 쥐의 지방세포와 간세포에서 현저히 감소하였으며, gliclazide와 glimepiride 처치군에서는 상당히 회복되었으나, repaglinide 처치군에서는 회복되지 않았다. 제 2형 당수송체(glucose transporter type 2, GLUT-2)는 OLETF 쥐의 간세포에서 현저히 발현정도가 낮았으며, 세약 모두에서 효과를 보였다. 제 4형 당수송체(glucose transporter type 4, GLUT-4)는 OLETF 쥐의 골격근 및 지방세포에서 현저히 감소되었으며, glimepiride와 gliclazide에 의해 회복되었으나, repaglinide에 의해서는 변화가 없었다. 이러한 결과로 미루어 OLETF 쥐에서 설폰산 요소계 약물들은 잘 알려진 인슐린 분비 촉진 작용이외에도 인슐린 저항성을 어느 정도 회복하는 것으로 생각되며, repaglinide는 그렇지 않았다. 따라서 인슐린 저항성 개선에 sulfonylurea moiety가 benzoic acid moiety보다 더 큰 역할을 하는 것으로 생각된다.